智能節電裝置應用在礦熱爐冶煉紅土鎳礦的試驗研究

欒志華， 宋志偉

(中國有色(沈陽)冶金機械有限公司，遼寧 沈陽 110141)

智能節電裝置應用在礦熱爐冶煉紅土鎳礦的試驗研究

欒志華， 宋志偉

(中國有色(沈陽)冶金機械有限公司，遼寧 沈陽 110141)

紅土鎳礦有價金屬含量低，在獲得鎳鐵合金的同時要產生大量廢渣、消耗大量電能，節能降耗已是必經之路。在礦熱電爐上安裝智能低壓綜合節電裝置可以大大降低短網感抗、提高功率因數、提高冶煉效率、降低能耗及增加產能。開展這項節能技術，對紅土鎳礦電爐火法冶金行業具有一定的指導意義。

電爐；紅土鎳礦；冶煉；節電裝置；降耗；增產

0 引言

隨著全球不銹鋼工業，特別是中國不銹鋼工業的快速發展，鎳鐵的需求量不斷上升。近年來，我國煉鎳行業的產品結構已經從以往的電解鎳為主，鎳鹽為輔的格局逐步轉變為以電解鎳和鎳鐵為主，以鎳鹽為輔的格局。這種對鎳鐵需求量不斷攀升的態勢導致了以鎳紅土礦為原料的礦熱電爐煉鎳鐵工藝得以快速發展。

目前，國內外利用鎳紅土礦生產鎳鐵的工藝一般采用的均為回轉窯—電爐(RKEF)生產工藝，這是當今世界上比較成熟和先進的生產方法。國內外一些較大的生產廠家的冶煉電耗一般在500～700 kWh/t礦之間，鎳回收率一般在87%～93%之間。由于紅土礦鎳含量較低，在產出少量產品的同時要產出大量的廢渣及消耗較高的電能。通過計算，生產含1t鎳量的鎳鐵需消耗鎳礦(含鎳2%)56 t，耗電27000 kWh左右，產渣45 t左右，渣含鎳一般在0.10%以下[1]。

節能降耗、提高技術經濟指標是冶金工業生產追求的永恒目標，對于鎳鐵合金這一高消耗和低產出的冶煉產品，首先要解決的問題就是降低鎳鐵生產的電能消耗。本試驗研究的任務就是在礦熱電爐上安裝智能低壓綜合節電裝置，采用治理諧波及無功補償并舉技術，提高功率因數、消除高次諧波危害，降低電能消耗，增加產量，為礦熱電爐冶煉紅土鎳礦行業節能降耗提供技術指導[2]。

1 節電原理與功能

1.1 節電原理

爐前低壓補償是降低礦熱電爐的感抗、提高功率因數、降低冶煉電耗、提高經濟效益的有效方法。因為導體內無功電壓分量是電流與感抗的乘積，感抗稍有變化，無功電壓分量及電爐功率因數將產生很大變化。

礦熱電爐短網由于傳導電流大、尺寸長，故其感抗也大，雖然在排列方式上采取了互補措施，但仍然有很大的感抗，根據粗算，短網占電爐總阻抗的60%左右。

利用電容電流超前電感電流180°的原理，在電爐短網處與電爐變壓器并補相應的電容器，使無功電流降低，隨之工作電流也相應降低，而有功電流卻保持不變，有功功率也保持不變。在相同有功功率輸出情況下，總的輸出功率卻降低了，從而達到節能的功效[3]。另外在保持額定工作電流的情況下，輸入電爐的有功功率就相應提高了，而有功功率的提高，為增加產量創造了條件。

1.2 節電功能

節電主要有如下幾個功能：

補償無功，提高功率因數；

濾除有害高次諧波，降低網損；

增加變壓器的有功輸出，為增產提供條件；

通過分供補償，使三相無功趨于平衡。

2 冶煉試驗

為了驗證智能低壓綜合節電裝置在礦熱電爐冶煉紅土鎳礦中節電功效，本文利用回轉窯- 電爐工藝，開展了系列節電試驗。

2.1 試驗原料及設備

(1)試驗原料

試驗用主要原料化學成份見表1。

表1 試驗用主要原料化學成份表 %

(2)試驗設備

試驗主要設備包括礦熱電爐、回轉窯及智能節電裝置，各設備主要參數如下[4]：

礦熱電爐：容量1800 kVA，二次電壓150～550 V，額定電壓350 V，功率因數0.85；

爐膛尺寸：Φ4500 mm×4000 mm

回轉窯：Φ1800 mm×20000 mm，Φ2200 mm×20000 mm；

智能節電裝置： 無功補償容量300～2000 kVAR，投切方式為分相及分級，補償方式為三相共補與三相單補相結合。

2.2 未安裝智能低壓綜合節電裝置的冶煉試驗

按照回轉窯- 電爐工藝正常工藝流程，進行礦熱電爐冶煉紅土鎳礦中試試驗。回轉窯電爐同時連續運行，回轉窯焙燒溫度控制在850 ℃左右，電爐冶煉出渣溫度控制在1550 ℃左右，出鐵溫度控制在1450 ℃左右，鎳鐵合金含鎳20%[5]。

試驗歷時240 h，每天出爐4次，電爐滿負荷供電。最初兩天放出鎳鐵時，考慮到爐況可能未達到穩定狀態，影響試驗數據的準確性，因此，這兩天數據不在統計數據之內，試驗記錄從第9爐開始。試驗結果表明，在未安裝低壓節能裝置正常冶煉情況下，鎳鐵合金總產量為18570.32 kg，鎳鐵合金品位平均為20.67%，每噸鎳鐵合金單位電耗8621.68 kWh/t。

2.3 安裝智能低壓綜合節電裝置的冶煉試驗

其它條件與2.2試驗完全相同，在電爐變壓器二次側安裝智能低壓綜合節電裝置后，進行礦熱爐冶煉鎳鐵中試試驗。試驗結果表明，在本次試驗中，鎳鐵合金總產量為20783.54 kg，鎳鐵合金品位平均為20.71%，每噸鎳鐵合金單位電耗8150.58 kWh/t。

2.4 試驗結果對比分析

(1)功率因數對比

在電爐變壓器二次側安裝智能低壓綜合節電裝置后，電爐功率因數由原來的0.85提高到0.908，提高了6.82%。

(2)噸鐵電耗對比

未安裝智能低壓綜合節電裝置的冶煉試驗時，噸鐵電耗為8621.68 kWh/t，安裝智能低壓綜合節電裝置的冶煉試驗時，噸鐵電耗為8150.58 kWh/t，噸鐵電耗降低471.10 kWh/t，降低了5.46%。

(3)產能對比

未安裝智能低壓綜合節電裝置的冶煉試驗時，鎳鐵合金產量為18570.32 kg，安裝智能低壓綜合節電裝置的冶煉試驗時，鎳鐵合金產量為20783.54 kg，產能增加2213.22 kg，增加了11.92%。

各項指標對比見表2。

表2 試驗結果對比表

3 試驗結論

試驗結果表明，采用回轉窯- 電爐工藝冶煉紅土鎳礦時，在電爐變壓器二次側安裝低壓綜合節電裝置后，可將電爐功率因數提高到0.9以上，增幅將近7%；鎳鐵合金噸鐵電耗下降幅度超過5%；鎳鐵合金產量增加幅度超過10%。以上數據證明了這一技術能夠實現增產節能的目的，值得推廣應用。

[1] 趙昌明，翟玉春.從紅土鎳礦中回收鎳的工藝研究進展[J].中國有色金屬學報，2008，(3).

[2] 王金花，寧平，等.鐵合金與鐵合金制品生產新技術新工藝[M].北京：冶金工業出版社，2004.

[3] 郭學武，邵玉槐.智能節電器運行分析[J].電力學報，2008，(2).

[4] 欒心漢，唐琳.鎳鐵冶金技術及設備[M].北京：冶金工業出版社，2005.

[5] 李家瑞，王立川.鎳冶金學[M].北京：中國科學技術出版社，1990.

Experimental Study on the Application of Intelligent Electricity Saving Device in the Submerged Arc Furnace Smelting Laterite Nickel Ore

LUAN Zhi-hua，SONG Zhi-wei

(NFC (Shenyang) Metallurgy Machinery Co., Ltd. Shenyang 110141, China)

The content of valuable metal in laterite nickel ore is low. To obtain ferronickel alloy, a lot of waste slag and a large amount of electric energy is needed, so we must save energy and decrease energy consumption. The installation of intelligent integrated energy-saving in ore smelting electric furnace device can greatly reduce the grid inductance, improve the power factor, improve smelting efficiency, reduce energy consumption and increase production capacity. The energy saving technology has certain guiding significance to the metallurgical laterite nickel ore furnace fire industry.

electric furnace；nickel laterite；smelting；electricity saving device；reducing consumption；increasing capacity

2014-03-06

欒志華(1971-)，女，遼寧鐵嶺人，高級工程師，工程碩士，主要從事冶礦產品市場研發及技術開發，重點研究鎳鐵冶煉工藝流程及設備工作，現任中國有色(沈陽)冶金機械有限公司經營部部長。

宋志偉(1972-)，男，遼寧朝陽人，工程師，大學本科，主要從事鋁設備等有色領域新產品市場及開發工作。

TF815

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1003-8884(2014)05-0006-03